3直流电动机的起动调速与制动
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各级起动电阻的计算：
– 原则：以起动过程中，最大起动电流I1和切换电流 I2保持不变为原则；
– 在切换瞬间，电动机的转速不能突变，所以有 nb=nc，Eb=EC，因此 在b点有：I2＝（UN-Eb）/R3 在C点有：I1＝（UN-Ec）/R2 得： I1/I2=R3/R2=R2/R1=R1/Ra=γ 则：R1=γRa， R2=γR1=γ2Ra， R3=γR2=γ3Ra，……， Rm=γRm-1=γmRa，
— 励磁磁通（Wb）；
Ce — 由电机结构决定的电动势常数。
（1）调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ；
保持电阻 R = Ra
n0
调节过程：
改变电压 UN U U n ， n0 调速特性：
转速下降，机械特性 O
曲线平行下移。
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
（2）调阻调速
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
计算起动电阻时的两种情况：
– 起动级数m未定，选定I1，I2，得到γ； – 起动级数m已定，选定I1，得到Rm=UN/I1，
然后得到γ；
3.2 直流传动的调速方法
根据直流电动机转速方程
n
U IR
CeΦ
式中 n — 转速（r/min）；
U — 电枢电压（V）； I — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（）；
大的起动电流可能产生如下后果：
– 大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易 损坏绕组；
– 使换向困难，在换向器表面产生火花及环 火，烧毁电刷与换向器；
– 过大的起动电流将产生过大的起动转矩Tst， 从而使传动机构受到很大的冲击力，加速 过快，易损坏传动变速机构；
– 过大的起动电流会引起电网电压的波动， 影响电网上其他用户的正常用电；
工作条件：
保持励磁 = N ；
保持电压 U =UN ；
n n0
调节过程：
增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性：
转速下降，机械特性 O
曲线变软。
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
IL
I
调阻调速特性曲线
（3）调磁调速
工作条件：
n
保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程：
3.3.1 能耗制动
能耗制动电阻RH的计算
– RH越小，电枢电流Ia越大，制动转矩越大， 制动越快
– 根据电枢允许通过最大电流确定 – 根据能耗制动刚开始时，需要的最大转矩
确定
3.3.2 反接制动
反接制动的原理
3.3.2 反接制动
反接制动的机械特性
– 反接制动的机械特性方程 – 反接制动的机械特性
3.3.2 反接制动
反接制动电阻RF的计算
– RF越小，电枢电流Ia越大，制动转矩越大， 制动越快
– 根据电枢允许通过最大电流确定 – 根据能耗制动刚开始时，需要的最大转矩
确定
3.3.3 倒拉反转制动
倒拉反接制动的原理
– 用于位能性负载 – 当他励直流电动机拖动位能性负载处于正向电动
运行状态，当电枢回路串入电阻时，转速就会下 降； – 当电枢回路的电阻RD大到一定程度后，电动机就 会电稳流定仍工然作为在正反，转电状磁态转（矩nT<为0，正E，a<与0）n的，方此向时相电反枢， 此时T为制动转矩。 – 这种情况下，电动机靠位能性负载倒拉着反转， 因此这种制动运行状态就叫做倒拉反转制动运行 状态 – 电源输入的电功率和机械转换的电功率都消耗在
行
制动的方法：
– 能耗制动，反接制动，倒拉反转制动，回馈制动
3.3.1 能耗制动
能耗制动的原理
能耗制动的原理
能耗制动过程中，电动机靠惯性旋转，电枢 通过切割磁场将机械能转变为电能，该部分 电能再消耗在电枢回路的电阻上。
3.3.1 能耗制动
能耗制动时的机械特性
– 机械特性方程：
能耗制动时的机械特性
往往只是配合调压方案，在基速（额定转速） 以上作小范围的弱磁升速。
因此，直流调速系统往往以调压调速为主。
3.3 直流电动机的制动
制动：电气制动和机械制动 电气制动：电动机的电磁转矩T与转速n的方
向相反，T起反抗运动的作用； 电动机的电气制动分为：
– 使系统迅速减速停车，过渡过程，制动过程 – 限制位能性负载的下降速度，稳定运行，制动运
由Ist=UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个：
– 降低电源电压
– 加大电枢回路电阻
3.1.2 降低电源电压起动（软起动）
降压起动时，电动机的电枢由可调直流电源 供电；
起动时，需先将励磁绕组接通电源，并将励 磁电流调到额定值，然后由低到高调节电枢 回路的电压；
在内此起，时动 因 电瞬 此 动间 起 机： 动 的电的电流最磁低转Ist通电矩常压大限为于制负U1在载=(（1转.51矩~.52，~)2IN电）R动aI，N 机枢不至行开电断电状始 流 升 压 态旋 高 升 ，Ia=转 ， 高 起(U， 并 到 动-E转且额过a)/速时定程Ra电结nI相a升保压束应高持。U减，在N小，E（，a电也1此.机5逐~时进渐2）电入增I压稳N大内U定，，必运电直须
直流电动机拖动负载起动的基本要求是：
– 起动转矩足够大，使TS≥（1.1~1.2)TL； – 起动电流尽量小，使IS≤（1.5~2)IN； – 起动设备要简单、可靠、经济；
3.1 直流电动机的起动
他励直流电动机起动时：先在电动机的 励磁绕组中通入额定励磁电流，以便在 气隙中建立额定磁通，然后才能接通电 枢回路；
n3
n0
nn12 nN
N
减小励磁 N
1
n ， n0
2
调速特性：
3
转速上升，机械特性 O 曲线变软。
TL
Te
调压调速特性曲线
▪ 三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来 说，以调节电枢供电电压的方式为最好；
改变电阻只能有级调速； 减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，
Ra 起较动低后 转， 速如 下果 运仍行旧。串为接了着得到Rst额，定则转系速统，只必能须在
切但电除如流果 冲Rst把 击，，R使st为电 一了动次保机全证部回起切到动除固过，有程还机中会械电产特枢生性电过上流大工始的作。 终分不，超 使过 系最 统大 工允作许在值某，一只条能中先间切的除人为Rst机的械一特部 性上，待转速升高后再切除一部分电阻。如
或I2＝（1.1~1.2）ILmax或T2＝ （1.1~1.2）
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
起动级数m的选择：
– 为了满足快速起动的要求，级数应该多， 级数多可使平均起动转矩大，起动快，同 时起动平滑性好；
– 但级数越多，所用设备越多，线路越复杂， 可靠性下降；
– 一般选m=2~4级；
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
专题（四） 文化建设
3直流电动机的起动调速与制动
本章内容
直流电动机的起动 直流电动机的制动 直流电动机的调速 直流电动机的运行状态
3.1 直流电动机的起动
起动过程：直流电动机转速从零到达稳 定转速的过程；
直流电动机起动的原则：在起动电流不 超过允许值的情况下，获得尽可能大的 起动转矩；
起动电阻的计算：
– I1的选择：为了满足快速起动的要求， T1 越大越好，但考虑电动机的过载能力，一 般选：
I1＝Imax＝（1.5~2）IN或T1＝ （1.5~2）TN – I2的选择：
保证电机能带动负载，即T2>TL； T2－TL不能太小，太小加速慢，延缓起动过程； T2－TL不能太大，太大起动级数赠多； 一般选I2＝（1.1~1.2）IN或T2＝ （1.1~1.2）TN
3.4 直流电动机的各种运行状态
运行状态：电动机机械特性和负载转矩 特性交点所对应的工作状态；
电动机的运行状态按电磁转矩T与转速n 的方向是否相同分为电动运行状态和制 动运行状态；
3.4 直流电动机的各种运行状态
电动运Βιβλιοθήκη Baidu状态
– T与n方向相同 – 从电网吸收电能，将电
能转变为机械能 – 工作点位于：I和III象限
直流电动机的起动方式：直接起动；电 枢回路串电阻起动；降电压起动
3.1.1 直接起动
把他励直流电动机的电枢绕组直接接到 额定电压的电源上，这种起动方法称为 直接起动；
起动转矩为电动机在起动瞬间（n=0） 所产生的电磁转矩，也称为堵转转矩， 其计算公式为：Tst=CTφnIST；
起IIsstt=很动U大瞬N/，R间a可；，以由n＝达于0到电，额枢Ea定电＝电阻0，流R起a很的动小10电，～流因20为此倍；
因此，一般来讲，对于微型直流电动机（功 率小于1KW），其功率小、电压低、电枢电 流小、电枢电阻Ra相对较大，允许采用直接 起动的方法，无需附加起动设备，操作最为 简便。
在设计直流电动机时，电枢绕组允许通过短 时过载电流为额定电流的1.5~2倍，因此限制 起动电流Ist时，应将其值限制在（1.5~2）倍In 范围内。
3.1.2 降低电源电压起动（软起动）
优点：平滑性好， 能量损耗小，易 于实现自动控制；
缺点：需要配有 专用的调压电源， 增加了初期的投 资；
图3.1 降压起动
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
电可电压以阻达 ；U=到U限N不制变起，动在电电流枢的回目路的中，串R接st称电为阻起Rs动t， 电枢回路中应串入的电阻值为：Rst＝UN/Imax-
3.3.3 倒拉反转制动
倒拉反转制动的机械特性
– 倒拉反转制动的人为机械特性方程： – 倒拉反转制动的机械特性
机械特性比较软 RD越大，反向转速越高 用于重物下降的场合 根据下放速度，计算RD
3.3.4 回馈制动
回馈制动原理
– 电动机的转速n超过理想空载转速n0 – 电枢感应电动势Ea>UN – 电枢电流变为负值，电磁转矩T与n的方向
内
制动运行状态
– T与n方向相反 – 机械能转变为电能 – 工作点位于：II和IV象限
内
千里之行 始于足下 感谢聆听
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
电阻的切除方法有手动和自动两种； 自动切除有三种方法：
– 限流切除法：起动电流减小到某一数值时， 自动切除一级电阻；
– 反电势加速法：随着转速升高电枢感应电 势相应增大，根据检测得到的感应电势自 动切换；
– 限时切除法：按预先设定的时间，依次切 除；
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
相反，电磁转矩T变为制动转矩 – 电磁功率PM<0，输入功率P1<0，电动机不
是从电源获得电功率，而是电动机向电源 发出电功率，把电能回馈给电源
3.3.4 回馈制动
回馈制动的机械特性
降低电枢电压过程中的机械特性
反向回馈制动运行的机械特性
3.3.4 回馈制动
回馈制动的机械特性
正向回馈制动的机械特性
– 原则：以起动过程中，最大起动电流I1和切换电流 I2保持不变为原则；
– 在切换瞬间，电动机的转速不能突变，所以有 nb=nc，Eb=EC，因此 在b点有：I2＝（UN-Eb）/R3 在C点有：I1＝（UN-Ec）/R2 得： I1/I2=R3/R2=R2/R1=R1/Ra=γ 则：R1=γRa， R2=γR1=γ2Ra， R3=γR2=γ3Ra，……， Rm=γRm-1=γmRa，
— 励磁磁通（Wb）；
Ce — 由电机结构决定的电动势常数。
（1）调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ；
保持电阻 R = Ra
n0
调节过程：
改变电压 UN U U n ， n0 调速特性：
转速下降，机械特性 O
曲线平行下移。
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
（2）调阻调速
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
计算起动电阻时的两种情况：
– 起动级数m未定，选定I1，I2，得到γ； – 起动级数m已定，选定I1，得到Rm=UN/I1，
然后得到γ；
3.2 直流传动的调速方法
根据直流电动机转速方程
n
U IR
CeΦ
式中 n — 转速（r/min）；
U — 电枢电压（V）； I — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（）；
大的起动电流可能产生如下后果：
– 大电流使电枢绕组受到过大的电磁力，易 损坏绕组；
– 使换向困难，在换向器表面产生火花及环 火，烧毁电刷与换向器；
– 过大的起动电流将产生过大的起动转矩Tst， 从而使传动机构受到很大的冲击力，加速 过快，易损坏传动变速机构；
– 过大的起动电流会引起电网电压的波动， 影响电网上其他用户的正常用电；
工作条件：
保持励磁 = N ；
保持电压 U =UN ；
n n0
调节过程：
增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性：
转速下降，机械特性 O
曲线变软。
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
IL
I
调阻调速特性曲线
（3）调磁调速
工作条件：
n
保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程：
3.3.1 能耗制动
能耗制动电阻RH的计算
– RH越小，电枢电流Ia越大，制动转矩越大， 制动越快
– 根据电枢允许通过最大电流确定 – 根据能耗制动刚开始时，需要的最大转矩
确定
3.3.2 反接制动
反接制动的原理
3.3.2 反接制动
反接制动的机械特性
– 反接制动的机械特性方程 – 反接制动的机械特性
3.3.2 反接制动
反接制动电阻RF的计算
– RF越小，电枢电流Ia越大，制动转矩越大， 制动越快
– 根据电枢允许通过最大电流确定 – 根据能耗制动刚开始时，需要的最大转矩
确定
3.3.3 倒拉反转制动
倒拉反接制动的原理
– 用于位能性负载 – 当他励直流电动机拖动位能性负载处于正向电动
运行状态，当电枢回路串入电阻时，转速就会下 降； – 当电枢回路的电阻RD大到一定程度后，电动机就 会电稳流定仍工然作为在正反，转电状磁态转（矩nT<为0，正E，a<与0）n的，方此向时相电反枢， 此时T为制动转矩。 – 这种情况下，电动机靠位能性负载倒拉着反转， 因此这种制动运行状态就叫做倒拉反转制动运行 状态 – 电源输入的电功率和机械转换的电功率都消耗在
行
制动的方法：
– 能耗制动，反接制动，倒拉反转制动，回馈制动
3.3.1 能耗制动
能耗制动的原理
能耗制动的原理
能耗制动过程中，电动机靠惯性旋转，电枢 通过切割磁场将机械能转变为电能，该部分 电能再消耗在电枢回路的电阻上。
3.3.1 能耗制动
能耗制动时的机械特性
– 机械特性方程：
能耗制动时的机械特性
往往只是配合调压方案，在基速（额定转速） 以上作小范围的弱磁升速。
因此，直流调速系统往往以调压调速为主。
3.3 直流电动机的制动
制动：电气制动和机械制动 电气制动：电动机的电磁转矩T与转速n的方
向相反，T起反抗运动的作用； 电动机的电气制动分为：
– 使系统迅速减速停车，过渡过程，制动过程 – 限制位能性负载的下降速度，稳定运行，制动运
由Ist=UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个：
– 降低电源电压
– 加大电枢回路电阻
3.1.2 降低电源电压起动（软起动）
降压起动时，电动机的电枢由可调直流电源 供电；
起动时，需先将励磁绕组接通电源，并将励 磁电流调到额定值，然后由低到高调节电枢 回路的电压；
在内此起，时动 因 电瞬 此 动间 起 机： 动 的电的电流最磁低转Ist通电矩常压大限为于制负U1在载=(（1转.51矩~.52，~)2IN电）R动aI，N 机枢不至行开电断电状始 流 升 压 态旋 高 升 ，Ia=转 ， 高 起(U， 并 到 动-E转且额过a)/速时定程Ra电结nI相a升保压束应高持。U减，在N小，E（，a电也1此.机5逐~时进渐2）电入增I压稳N大内U定，，必运电直须
直流电动机拖动负载起动的基本要求是：
– 起动转矩足够大，使TS≥（1.1~1.2)TL； – 起动电流尽量小，使IS≤（1.5~2)IN； – 起动设备要简单、可靠、经济；
3.1 直流电动机的起动
他励直流电动机起动时：先在电动机的 励磁绕组中通入额定励磁电流，以便在 气隙中建立额定磁通，然后才能接通电 枢回路；
n3
n0
nn12 nN
N
减小励磁 N
1
n ， n0
2
调速特性：
3
转速上升，机械特性 O 曲线变软。
TL
Te
调压调速特性曲线
▪ 三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来 说，以调节电枢供电电压的方式为最好；
改变电阻只能有级调速； 减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，
Ra 起较动低后 转， 速如 下果 运仍行旧。串为接了着得到Rst额，定则转系速统，只必能须在
切但电除如流果 冲Rst把 击，，R使st为电 一了动次保机全证部回起切到动除固过，有程还机中会械电产特枢生性电过上流大工始的作。 终分不，超 使过 系最 统大 工允作许在值某，一只条能中先间切的除人为Rst机的械一特部 性上，待转速升高后再切除一部分电阻。如
或I2＝（1.1~1.2）ILmax或T2＝ （1.1~1.2）
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
起动级数m的选择：
– 为了满足快速起动的要求，级数应该多， 级数多可使平均起动转矩大，起动快，同 时起动平滑性好；
– 但级数越多，所用设备越多，线路越复杂， 可靠性下降；
– 一般选m=2~4级；
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
专题（四） 文化建设
3直流电动机的起动调速与制动
本章内容
直流电动机的起动 直流电动机的制动 直流电动机的调速 直流电动机的运行状态
3.1 直流电动机的起动
起动过程：直流电动机转速从零到达稳 定转速的过程；
直流电动机起动的原则：在起动电流不 超过允许值的情况下，获得尽可能大的 起动转矩；
起动电阻的计算：
– I1的选择：为了满足快速起动的要求， T1 越大越好，但考虑电动机的过载能力，一 般选：
I1＝Imax＝（1.5~2）IN或T1＝ （1.5~2）TN – I2的选择：
保证电机能带动负载，即T2>TL； T2－TL不能太小，太小加速慢，延缓起动过程； T2－TL不能太大，太大起动级数赠多； 一般选I2＝（1.1~1.2）IN或T2＝ （1.1~1.2）TN
3.4 直流电动机的各种运行状态
运行状态：电动机机械特性和负载转矩 特性交点所对应的工作状态；
电动机的运行状态按电磁转矩T与转速n 的方向是否相同分为电动运行状态和制 动运行状态；
3.4 直流电动机的各种运行状态
电动运Βιβλιοθήκη Baidu状态
– T与n方向相同 – 从电网吸收电能，将电
能转变为机械能 – 工作点位于：I和III象限
直流电动机的起动方式：直接起动；电 枢回路串电阻起动；降电压起动
3.1.1 直接起动
把他励直流电动机的电枢绕组直接接到 额定电压的电源上，这种起动方法称为 直接起动；
起动转矩为电动机在起动瞬间（n=0） 所产生的电磁转矩，也称为堵转转矩， 其计算公式为：Tst=CTφnIST；
起IIsstt=很动U大瞬N/，R间a可；，以由n＝达于0到电，额枢Ea定电＝电阻0，流R起a很的动小10电，～流因20为此倍；
因此，一般来讲，对于微型直流电动机（功 率小于1KW），其功率小、电压低、电枢电 流小、电枢电阻Ra相对较大，允许采用直接 起动的方法，无需附加起动设备，操作最为 简便。
在设计直流电动机时，电枢绕组允许通过短 时过载电流为额定电流的1.5~2倍，因此限制 起动电流Ist时，应将其值限制在（1.5~2）倍In 范围内。
3.1.2 降低电源电压起动（软起动）
优点：平滑性好， 能量损耗小，易 于实现自动控制；
缺点：需要配有 专用的调压电源， 增加了初期的投 资；
图3.1 降压起动
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
电可电压以阻达 ；U=到U限N不制变起，动在电电流枢的回目路的中，串R接st称电为阻起Rs动t， 电枢回路中应串入的电阻值为：Rst＝UN/Imax-
3.3.3 倒拉反转制动
倒拉反转制动的机械特性
– 倒拉反转制动的人为机械特性方程： – 倒拉反转制动的机械特性
机械特性比较软 RD越大，反向转速越高 用于重物下降的场合 根据下放速度，计算RD
3.3.4 回馈制动
回馈制动原理
– 电动机的转速n超过理想空载转速n0 – 电枢感应电动势Ea>UN – 电枢电流变为负值，电磁转矩T与n的方向
内
制动运行状态
– T与n方向相反 – 机械能转变为电能 – 工作点位于：II和IV象限
内
千里之行 始于足下 感谢聆听
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
电阻的切除方法有手动和自动两种； 自动切除有三种方法：
– 限流切除法：起动电流减小到某一数值时， 自动切除一级电阻；
– 反电势加速法：随着转速升高电枢感应电 势相应增大，根据检测得到的感应电势自 动切换；
– 限时切除法：按预先设定的时间，依次切 除；
3.1.3 电枢回路串电阻分级起动
相反，电磁转矩T变为制动转矩 – 电磁功率PM<0，输入功率P1<0，电动机不
是从电源获得电功率，而是电动机向电源 发出电功率，把电能回馈给电源
3.3.4 回馈制动
回馈制动的机械特性
降低电枢电压过程中的机械特性
反向回馈制动运行的机械特性
3.3.4 回馈制动
回馈制动的机械特性
正向回馈制动的机械特性